采空区地球物理勘探技术方法

采空区地球物理勘探技术方法

刘雪峰

黑龙江省地球物理地球化学勘查院 黑龙江哈尔滨 150036

摘要：随着我国经济水平的不断发展，人们的生活质量也有着较为显著的提高，但由于早期刻意对经济发展内的追求导致了对自然环境的严重破坏，而在矿物的挖掘过程中形成的采空区更是较为常见的一种安全问题，给人们的生产和生活造成一定的安全隐患。我国近年来对于勘探工程需求量较大，勘探技术的选择要根据实际的地质情况，通过较为有效合理的分析，确定科学的勘探方案。文章通过对采空区地球物理勘探技术进行较为全面的分析，针对性的对目前勘探过程中存在的问题予以说明，并相应给出未来的研究方向，具有一定的参考意义。

关键词: 采空区; 瞬变电磁法; 三维地震; 活性炭测氡

1采空区形成机理

随着我国矿业的不断发展，有大量的矿产资源在消耗殆尽之后演变为采空区，采空区主要指的是在矿层采空的状态下所形成的空间。而由于采空后的结构一般来说极其不稳定，往往会发生变形甚至坍塌，给人们的生产生活造成一定安全隐患。如果以煤层塌陷区为主要的研究对象，可以主要划分为垮落带、断裂带以及弯曲带三个方面。垮落带一般是由于采空后的煤层结构不稳定导致上部岩层发生坍塌；而断裂带中则是由于上方岩体的弯曲程度较大，使采空区部分形成了较强的拉应力，而其两侧则受到剪应力的影响，使岩体产生较多的裂隙，影响岩体的稳定程度；弯曲带则指的是裂隙带与地面之间在重力影响之下蝉的弯曲。

图 1 煤层采空区塌陷垂直“三带”示意

2采空区地球物理特征

2． 1地震勘探的波组特征

在检测过程中，可以根据煤层与其顶底岩板岩层之间的密度差异以及波速差异为依据，通过对波阻抗截面形成的反射波进行检测。由于采空区的特点，原来地层中的物性特征会受到影响，而反映到反射波中会变成同相轴的减弱弯曲，且对于煤层顶部结构的损坏也会造成各类程度不同的低频干扰，所以在进行地下煤层的探测过程中，地震法是一种较为有效的检测方法。

( 1) 采空区地震时间剖面判识

在进行对采空区地震事件剖面辨识的过程中，由于人为原因对煤层的部分区域造成一定的不规则性，很大程度上影响了地层的局部物性，主要会在地震的时间剖面造成不同程度的影响，可能会出现低能量反射或是空白段反射。

( 2) 采空区三维地震水平切片判识

进行判识的过程中，三维地震水平切片可以较为清晰直观的对采空区规模进行有效确定。但这种方法具有一定的限制，需要保证在进行三维地震资料的收集过程中不能出现明显的“变观”；处理资料时也要严格按照相关资料处理规范执行。煤层反射波一般会根据实际的煤层底板的起伏形态而发生变化，体现出的是颜色上的稳定，以此为基础来判断采空区的地质情况。

( 3) 采空区地震属性判识标志

地震属性的判断一般来说相对较为复杂，其中涉及到了多种学科的综合。为了保证地震分析的准确无误，需要相关研究人员通过软件对资料进行筛选整理，对地震属性进行有效评估。一般来说地震属性会根据时间属性来获取相应的构造情况、根据振幅的大小可以了解地层或储层的情况而关于频率的数值可以对薄互层的情况进行确定。主要是每种属性分析都对应了一定的地层或是储层的信息，对于探究地层结构具有极其重要的作用。煤层分布较为稳定，进行资料采集的过程中没有出现明显“变观”的情况下，同时进行资料处理的过程中严格按照相应的处理标准，最大程度上保证资料的清晰度和保真度，这种情况下煤层属性分布较为均匀，而地质异常较为明显的情况下往往煤层属性显示变化较为复杂。

2.2电性特征

电磁勘探方法中的瞬变电磁法是一种较为常用的勘探手段。通过使用在地表铺设完成的接地电极或是不接地线框，再经过阶跃波或是其他脉冲电流场进行激励，形成过渡过程场，而在断电时会在大地中形成漩涡交变电磁场，随着时间的推移此电磁场会逐渐向下传播，同时呈现出向外扩散的趋势，使用接地电极、不接地线圈和中心探头进行探测。此类有地下介质所形成的电磁场与地下介质的导电性有着较为紧密的联系，可以依据其衰减特征，得出地下介质中的电性程度，进而判断出地下介质的实际结构形态。在进行勘探的过程中，无采空区地形完整的情况下，可以明显观测出电阻率断面电性。而地下由于采煤出现采空区之后，地下会产生一定的空间，进行探测的过程中这个采空区的电阻会呈现出无穷大的情况。但由于采空区的特性，岩层会在地心引力的作用之下向下坍塌，同时地下水会流入，此时的采空区电阻率会发生较为明显的变化，可以轻易观测到高阻或低阻异常区。在实际的观测中未充水区域往往显示出较高的电阻率，根据和区内地层电性差异的有效对比，煤层的采空区可以很容易被发现。而部分充水后的采空区中，在地下水流动以及电离作用下，其电阻率会反映出较低的情况。在实际的勘探过程中，通过瞬变电磁法中电阻率的比较可以较为清晰的划分出含水采空区。

3应用实例

3.1 地震勘探工程实例

参考实际的某工程中的地震勘探工程，对勘探技术进行实际运用。本次主要使用了活性炭测氡法以及瞬变电磁法进行勘探。根据前期的试验数据了解到采空区的上方位置TEM特征较为复杂多变，通过对探测数据的不断分析比较，有效检测出高阻异常区以及形态上表现向上突起的高阻和相对高阻。根据已经测试的数据来判断实际的采空规模数据。

4结论

随着我国经济水平和科学技术的不断发展和进步，国内的地质勘探水平有了较为显著的提高。由于早期我国较为重视经济的发展，很大的程度上没有关注环境的保护，导致采煤、采矿的过程中较为追求效率，对环境的破坏程度较为明显，留下的采空区给人们的生产生活造成了一定的安全隐患。文章中根据不同的特点，对瞬变电磁法、三维地震法以及活性炭测氡勘探方法进行了较为具体的介绍，在进行实际的勘探工作中，需要根据现场的实际情况选择较为合理的勘探方式，有助于提高勘探工作的准确性。而随着我国勘探需求的日渐增长，未来的勘探工作需要对勘探技术进行进一步的优化，相关技术人员需要及时引进先进技术对现有的勘探技术进行优化改进，使勘探结果更加科学有效。本文通过对采空区地球物理勘探技术方法进行较为具体有效的论述，对各类勘探技术的特征进行全面的介绍，帮助相关工作人员在勘探技术的选择上提供了较为有效的理论基础，使在勘探工作中，对采空区结构的勘探工作更加有效、精准，帮助后续的工程施工更加顺利的进行，对于采空区地质勘探工作提供了一定的理论依据，可以在一定规模进行推广工作。

参考文献:

［1］ 吴成平，胡祥云． 采空区的物探勘查方法［J］． 地质找矿论丛，2007( 1) ．

［2］ 傅淑芳，刘宝诚． 地震学教程［M］． 北京: 地震出版社，1991．

［3］ 薛国强，李貅，郭文波，等． 大回线源瞬变电磁场响应特性［J］．石油地球物理勘探，2007，42( 5) ．

［4］ 刘敦旺，刘鸿福，张新军． 活性炭测氡法在煤矿采空区探测中的应用［J］． 勘探地球物理进展，2009( 3) ．